肖志剛, 邱天昊, 王 鵬, 楊 舒, 張雪萍, 段玉敏

(1. 沈陽(yáng)師范大學(xué) 糧食學(xué)院, 沈陽(yáng) 110034; 2. 沈陽(yáng)大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院, 沈陽(yáng) 110044)

0 引 言

油脂粉末是由一種或幾種食品級(jí)壁材通過(guò)物理或化學(xué)方法,將液態(tài)油脂包埋而形成的粉末狀固態(tài)油脂。油脂粉末可以延緩油脂氧化,避免由于油脂的酸敗帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失,油脂粉末還具有遮光功能,避免光照引起的光敏氧化。如富含omega-3脂肪酸的功能性油脂,在氧化過(guò)程中,不飽和脂肪酸會(huì)因光照強(qiáng)度、加工工藝、儲(chǔ)藏溫度、氧氣濃度等因素加速酸敗,產(chǎn)生次級(jí)氧化產(chǎn)物,危害人體健康,嚴(yán)重影響食品的安全與感官品質(zhì)[1]。通過(guò)油脂粉末技術(shù),可以成功避免酸敗所帶來(lái)的危害。

油脂粉末技術(shù)又稱微膠囊技術(shù),根據(jù)聚合方式可以歸分為3類:物理法、化學(xué)法和物理化學(xué)法。不同壁材、不同壁材比例、不同的壁芯比、不同的制備方法都會(huì)影響油脂粉末的氧化穩(wěn)定性和微觀結(jié)構(gòu),從而根據(jù)油脂粉末的不同性質(zhì)在不同食品中進(jìn)行應(yīng)用[2-4]。該技術(shù)通過(guò)有機(jī)或無(wú)機(jī)高分子材料聚合形成保護(hù)殼將油相包埋形成微小顆粒,隔絕空氣,避免油相和氧氣接觸,消除氧化條件,從而抑制油脂的變質(zhì),達(dá)到提高油脂穩(wěn)定性的作用[5]。微膠囊技術(shù)包埋形成的油脂粉末使油脂發(fā)生從液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變,提升了油脂的抗氧化能力和儲(chǔ)藏能力,同時(shí)遮掩了油脂的不良風(fēng)味。微膠囊技術(shù)還具有防腐殺菌的效果,可提高產(chǎn)品的保質(zhì)期[6]。微膠囊技術(shù)在肉制品行業(yè)中有改善肉制品脂質(zhì)配置的作用,重新配置的肉制品脂質(zhì)具有高的SFAs水平,從而減少對(duì)人體產(chǎn)生的負(fù)面影響[7]。微膠囊技術(shù)可以根據(jù)壁材對(duì)pH值敏感度制成響應(yīng)型微膠囊,應(yīng)用在人體部位定點(diǎn)擴(kuò)散或侵蝕釋放芯材,增加機(jī)體對(duì)芯材的吸收率和生命活性物質(zhì)的保護(hù)作用[8-11]。微膠囊技術(shù)拓展了油脂在市場(chǎng)的應(yīng)用,具有高效、安全、營(yíng)養(yǎng)、方便等特點(diǎn)。

目前,噴霧干燥技術(shù)在油脂粉末生產(chǎn)工藝中起主導(dǎo)地位,具有生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)成本低、操作流程簡(jiǎn)單等特點(diǎn),被廣泛用于國(guó)內(nèi)外油脂粉末制備之中。近年來(lái),噴霧干燥技術(shù)主要用于包覆小眾油脂、功能性油脂、保健級(jí)油脂等高成本油脂產(chǎn)品。本文綜述了噴霧干燥技術(shù)在油脂粉末中的應(yīng)用與研究進(jìn)展,參考國(guó)內(nèi)外微膠囊制備工藝,介紹了噴霧干燥技術(shù)對(duì)油脂粉末結(jié)構(gòu)和抑制油脂氧化方面的影響,為后續(xù)的微膠囊制備及應(yīng)用提供參考。

1 噴霧干燥技術(shù)

噴霧干燥技術(shù)是包埋方法最為經(jīng)典的方法,已有百年的歷史,最早用于奶制品行業(yè),隨著工藝的不斷成熟和發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)成為粉末制造的主要技術(shù)手段,具有完整的工業(yè)體系和遠(yuǎn)大前景。

1.1 噴霧干燥技術(shù)特點(diǎn)

噴霧干燥技術(shù)操作簡(jiǎn)單、工藝時(shí)間短,液態(tài)芯材只需要幾秒就可以變成固態(tài)粉末,從而降低成本,比常用的冷凍干燥技術(shù)的經(jīng)濟(jì)成本要低很多,有較強(qiáng)的操作性,主要應(yīng)用在食品、化工、陶瓷材料、催化劑、制糖、制鹽、微生物、中藥等多方面[12-22]。目前,國(guó)內(nèi)噴霧干燥技術(shù)在粉末油脂領(lǐng)域中的主要研究方向是工藝優(yōu)化、抗氧化性研究、代替?zhèn)鹘y(tǒng)的油脂應(yīng)用在食品加工、微波輔助對(duì)微膠囊包埋和性質(zhì)的影響,在新型壁材的開發(fā)方面研究較少[23-25]。國(guó)外的主要研究方向是噴霧干燥對(duì)生物活性物質(zhì)的保存、納米噴霧技術(shù)、新型壁材開發(fā)營(yíng)養(yǎng)型微膠囊、益生菌的保護(hù)和緩釋作用[26-30]。

1.2 噴霧干燥技術(shù)原理

噴霧干燥技術(shù)通過(guò)芯材與壁材按一定的比例溶解均質(zhì)形成穩(wěn)定乳液,經(jīng)噴霧干燥裝置,控制進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)樣量等參數(shù),使乳液中的水分處于溫度較高的干燥氣流中(140～200 ℃),在極短時(shí)間里(4～6 s)霧化,霧滴越小則比表面積和表面自由能越大,表面水分的蒸汽壓越大,利用霧滴運(yùn)動(dòng)時(shí)與熱氣流的速度差,高溫加速霧滴傳熱傳質(zhì),使其失去水分聚合成粉末。噴霧干燥技術(shù)缺點(diǎn)在于霧滴粘壁嚴(yán)重,出粉率較低,成本浪費(fèi)嚴(yán)重,不適用于對(duì)高溫極為敏感的芯材。

2 噴霧干燥技術(shù)中不同條件對(duì)油脂粉末的影響

2.1 噴霧干燥技術(shù)中不同壁材組合對(duì)油脂粉末的影響

不同壁材的組合是影響微膠囊結(jié)構(gòu)表征的主要因素,復(fù)合壁材微膠囊的結(jié)構(gòu)和性能要優(yōu)于單一壁材包埋而形成的油脂粉末,Huang等[31]研究了蛋白-多糖凝聚微膠囊中美拉德反應(yīng)對(duì)微膠囊性能的影響,發(fā)現(xiàn)美拉德反應(yīng)會(huì)使蛋白-多糖凝聚微膠囊的穩(wěn)定性有顯著提升,包埋效果更好。目前,市場(chǎng)中微膠囊壁材主要分為碳水化合物類、蛋白類和脂質(zhì)類[32]。碳水化合物類壁材具有較強(qiáng)的溶解性,低黏度,但缺少界面特性,成膜性和乳化性較差,單獨(dú)使用其包埋油脂效果不佳,芯材滲出不易包埋。蛋白類的壁材能夠促進(jìn)乳狀液的形成,減少界面張力,形成保護(hù)膜,將二者結(jié)合,所得的乳液顆粒均勻散布在液相中,不易凝聚,穩(wěn)定、粘度適中。唐東[26]將不同壁材組合,通過(guò)相同工藝參數(shù),包埋芯材,制得的油脂粉末具有不同包埋率,微膠囊結(jié)構(gòu)也有所不同。大豆分離蛋白+麥芽糊精包埋而成的粉末細(xì)膩,易吸潮,淡黃色,包埋率為73.85%;大豆分離蛋白+阿拉伯膠+麥芽糊精(25%)制備的油脂粉末顆粒細(xì)膩,白色,包埋率為84.33%;大豆分離蛋白+辛烯基琥珀酸酯化淀粉+麥芽糊精(25%)組合形成的顆粒易吸潮,形成塊狀,包埋率為75.92%。

2.2 噴霧干燥技術(shù)中不同進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)油脂粉末的影響研究

進(jìn)風(fēng)溫度的升高會(huì)導(dǎo)致微膠囊的水分含量顯著下降,高溫使水分快速蒸發(fā),促進(jìn)水包油乳液的液滴表面迅速形成完整致密的膜,減少了油滴的暴露,提高了包埋率和干燥速率,但溫度過(guò)高會(huì)阻礙內(nèi)部水分蒸發(fā),使液滴內(nèi)壓力較高,導(dǎo)致粉末顆粒表面褶皺現(xiàn)象發(fā)生,且高溫會(huì)使芯材加速氧化。

2.3 噴霧干燥技術(shù)中不同芯壁比對(duì)油脂粉末的影響研究

芯壁比對(duì)微膠囊結(jié)構(gòu)具有一定的影響,隨著壁材的增加,乳液黏度不斷增大,微膠囊包埋率隨著壁材比重的增加呈現(xiàn)先增大后逐漸減小的趨勢(shì)。這是由于乳液中芯材含量過(guò)高時(shí),囊壁含量較少,導(dǎo)致微膠囊外殼較薄因而無(wú)法保護(hù)好芯材或者無(wú)法把芯材完全包埋,從而使表面油含量增加,在蒸發(fā)成膜過(guò)程中芯材氧化變質(zhì)損失較大,因此包埋率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)壁材占比達(dá)到一定程度時(shí),乳液粘度較大,噴霧干燥過(guò)程中,由高溫形成的氣態(tài)乳液噴霧容易粘壁,從而使得微膠囊的產(chǎn)率下降。Zhuang等[33]使用乳滴分散且較大的乳液通過(guò)噴霧制備油脂粉末,發(fā)現(xiàn)微膠囊內(nèi)表面聚集油滴且形成多孔壁,包封率較低。

研究表明,油脂粉末品質(zhì)和結(jié)構(gòu)特性受多種因素影響,如壁材種類、壁芯比等(表1)。

表1 噴霧干燥技術(shù)中不同條件影響油脂粉末結(jié)構(gòu)特性的研究進(jìn)展

目前對(duì)微膠囊結(jié)構(gòu)的影響因素還需要進(jìn)一步的研究,乳液粒徑大小、狀態(tài)、分布也會(huì)對(duì)微膠囊的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接影響,所以乳化劑的添加量、乳化劑種類、均質(zhì)壓力、均質(zhì)時(shí)間、乳液的微波輔助等都可能引起微膠囊結(jié)構(gòu)的改變[41-42]。

3 噴霧干燥技術(shù)對(duì)油脂粉末品質(zhì)研究進(jìn)展

Zhou等[43]發(fā)現(xiàn),以大豆分離蛋白(SPI)和麥芽糊精(MD)為壁材通過(guò)噴霧干燥技術(shù)得到的油脂粉末相比于未包埋的核桃油具有較低的過(guò)氧化值和氧化速率,微膠囊化能顯著提高油脂的氧化穩(wěn)定性。劉義鳳[44]通過(guò)對(duì)紫蘇籽油微膠囊加速貯藏的研究發(fā)現(xiàn)玉米低聚肽與茶多酚棕櫚酸酯復(fù)配,能提高油脂粉末的抗氧化性。雷雨晴等[45]將卵白蛋白、卵白蛋白-茶多酚、卵白蛋白-菊糖和卵白蛋白-茶多酚-菊糖 4種壁材包埋石榴籽油,發(fā)現(xiàn)壁材的選擇和復(fù)配也會(huì)影響油脂粉末的抗氧化能力,卵白蛋白-茶多酚-菊糖的壁材氧化穩(wěn)定性最佳。Ma等[46]研究發(fā)現(xiàn),壁芯比過(guò)高時(shí),芯壁的厚度會(huì)影響芯材的氧化穩(wěn)定性,但不會(huì)對(duì)微膠囊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。Linke等[47]研究了油負(fù)載量對(duì)微囊化魚油粉氧化性能的影響,當(dāng)油質(zhì)量為5%時(shí),粉末氧化速度較快。噴霧造粒對(duì)油脂的保護(hù)效果較好,噴霧干燥方法具有較高的應(yīng)用潛力[48]。有文獻(xiàn)報(bào)道脂質(zhì)類壁材可以有效抑制芯材的氧化,目前有關(guān)噴霧干燥技術(shù)對(duì)油脂氧化穩(wěn)定性影響的文獻(xiàn)還不夠全面,有待微膠囊行業(yè)進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著油脂微膠囊化技術(shù)的研究趨于成熟,對(duì)其研究的方向逐漸從傳統(tǒng)工藝優(yōu)化和傳統(tǒng)壁材最優(yōu)組合向微膠囊新型壁材、新方法、新技術(shù)、新設(shè)備轉(zhuǎn)變,如何讓更多不飽和脂肪酸油脂具有更好的氧化穩(wěn)定性,抑制油脂的酸敗,掩蓋油脂中不良?xì)馕兜膿]發(fā),從而使油脂具有更好的環(huán)境抗性,適合的緩釋性能及如何繼續(xù)擴(kuò)大油脂粉末應(yīng)用市場(chǎng)依舊是油脂粉末技術(shù)所需要解決的問(wèn)題。目前微膠囊技術(shù)對(duì)油脂中脂肪酸組成的影響,新型微膠囊技術(shù)如凝聚法、包合法、銳孔—凝固浴法、層層自組裝、超臨界流體技術(shù)、多流體復(fù)合電噴技術(shù)、擠壓法等對(duì)微膠囊結(jié)構(gòu)和抗氧化能力的影響還需要更多的研究。